塑料是我們日常生活中最常見的廢物。盡管它輕便，結實且便宜，但它是人類廣泛使用的人造材料。然而，盡管它為人類生活提供了便利，但同時也帶給了人類傷害很大。日益嚴重的“白色污染”問題已成為全人類迫切需要解決的普遍問題。我們需要找到一種綠色，高性能的塑料替代品。塑料不容易降解，因此它們的廢物可以長期存在。塑料會長時間自然降解，有些甚至會超過100年，并且在使用一次后通常會被丟棄。世界各地每天都丟棄大量塑料，這導致“白色污染”問題變得更加嚴重。此外，許多塑料最終會進入海洋，在海浪，陽光和海洋動物的共同作用下，它將分解成數百萬個細小碎片（即微塑料）。微塑料可能會通過我們每天吃的魚或水進入我們。

血液和免疫系統，從而危害我們的健康。作為一種“事后”方法，廢物分類還只能幫助解決塑料去向的問題，但不能從根本上解決根本的問題。尋找可行的塑料替代品可能是一個更好的解決方案，這也是全世界科研人員一直在努力解決的方向。近年來，具有互斥特性（例如強度和韌性）的高性能結構材料的設計，尤其是基于納米結構的高性能結構材料，引起了研究人員的越來越多的興趣。當將這些納米組分“組裝”成宏觀材料時，許多納米級的特性可以擴展到宏觀水平。尤其重要的是，使用可再生和可持續的納米組件來構建高性能的綠色整體結構材料非常重要。在地球上大多數植物的長期進化過程中，纖維素基材料用作自己的結構支撐材料。植物中的纖維素主要以纖維素納米纖維（CNF）的形式存在，具有出色的機械和熱學性能。 CNF可以從植物中提取或由細菌產生。它是地球上最豐富的綠色資源之一。它具有低密度，低熱膨脹系數，高強度，高剛度和易變形等優異性能。該材料是理想的納米級成分，比凱夫拉爾和鋼具有更高的強度（2 GPa）和模量（138 GPa），并且具有更低的熱膨脹系數（0.1 ppm / K）。盡管已經進行了各種努力以將CNF的這些納米級性能擴展到宏觀水平，但是到目前為止，只能通過不同的策略制備宏觀纖維和薄膜。例如，從木材CNF獲得大纖維，其楊氏模量為86GPa，拉伸強度為1.57GPa，超過任何已知的天然或合成生物聚合物。

此外，研究人員還設計了具有高強度，高透明性和低熱膨脹系數的CNF膜，并將其用于電子設備，柔性顯示器等領域。然而，在將CNF材料的納米級性能擴展到三維體材料方面仍然存在挑戰。如果能夠構建可持續的高性能三維結構材料，那么它將肯定促進CNF的發展，拓寬其應用領域，并為工程設計提供更多的材料選擇。自人類誕生以來，材料已成為社會發展的基礎。在各種材料中，諸如金屬，陶瓷和聚合物的結構材料是使用最廣泛的。 CNFP具有更高的比強度，比鋼高4倍，也比傳統的塑料和鋁合金高。另外，CNFP的比沖擊韌性比鋁合金高，密度僅為鋁合金的一半。圖CNFP的制備過程和結構分析。 A.通過生物合成生產CNF水凝膠； B.水凝膠及其三維納米纖維網絡結構； C.通過在80攝氏度下壓縮多層CNF水凝膠來制備CNFP； D. CNFP樣品示意圖。 CNFP的多層結構； F. CNFP單層結構的納米纖維網絡； G. CNFP中的纖維素分子鏈通過氫鍵緊密結合； H. CNFP樣品；一，零件經過加工。 （來源：《科學進展》） CNFP與聚合物，金屬和陶瓷的熱膨脹系數，比強度和比沖擊韌性的比較。 CNFP優于聚合物，金屬和陶瓷。 A.熱膨脹系數和比強度圖； B.熱膨脹系數和比沖擊韌性圖。 （來源：科學進展）與塑料或其他聚合物基材料不同，CNFP具有極好的耐極端溫度和熱沖擊的性能。從-120°C到150°C，CNFP的熱膨脹系數小于5 ppm / K，接近于陶瓷材料，遠低于典型的聚合物和金屬。此外，在120°C的熱量和-196°C的液氮之間連續10次快速熱沖擊后，CNFP仍然可以保持其強度。結果表明，該材料具有良好的耐熱尺寸穩定性，并且在極端溫度以及冷熱交替的條件下作為結構材料具有很大的潛力。 

CNFP不僅具有出色的性能，而且由于其廣泛的原材料獲取價格低廉，每公斤成本僅為0.5美元，低于大多數塑料。由于低密度，出色的強度和韌性以及良好的耐熱尺寸穩定性，CNFP的所有這些特性都超過了傳統的金屬，陶瓷和聚合物，使其成為工程需求的高性能和環保替代品，從而減輕了重量電阻防護與緩沖材料，航天材料，精密儀器結構件等應用領域具有廣闊的應用前景，特別適合于航空航天領域。該論文指出，CNFP不僅具有替代塑料的能力，從而使我們免于被塑料“淹沒”的危機，而且作為下一代可持續的輕質結構材料也具有巨大的潛力。基于這種生物基和可生物降解的材料，可持續和高性能結構材料的構建將大大加速塑料的替代。也許將來有一天，“白色污染”問題將完全消失。

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